煤礦區(qū)土壤-作物系統(tǒng)重金屬生物有效性研究.pdf

1、為探明煤礦區(qū)矸石山周圍農(nóng)田土壤—作物系統(tǒng)中重金屬Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、Zn的生物有效性，以改進BCR連續(xù)提取法分析了河南省焦作市中馬村礦煤矸石山周圍農(nóng)田土壤重金屬的形態(tài)，在此基礎上對土壤重金屬的污染現(xiàn)狀進行了綜合評價，并對土壤重金屬的污染來源進行了識別；討論了土壤有機質(zhì)、土壤酶與重金屬形態(tài)的關系；分析了小麥植株內(nèi)重金屬的分布特征和時間變化規(guī)律；比較了小麥和玉米作物對重金屬富集能力及富集效果的差異性；評估了作物籽粒的健

2、康風險以及秸稈還田的適宜性。結果為：
　?。?）該區(qū)域農(nóng)田土壤為弱堿性礦物質(zhì)土壤，土壤重金屬Cd以可交換態(tài)、殘渣態(tài)為主要賦存形態(tài)，而As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、Zn均以殘渣態(tài)占絕對優(yōu)勢。土壤中各重金屬的總量（mg·kg-1）排序為：Zn（81.43±7.34）＞Cr（48.58±3.68）＞Pb（33.59±3.98）＞Ni（29.31±1.42）＞Cu（24.32±2.06）＞As（18.02±1.73）＞Co（12.8

3、5±1.64）＞Cd（0.48±0.12）。土壤中各重金屬的生物有效態(tài)含量（mg·kg-1）排序為：Zn（18.46±5.82）＞Pb（15.70±4.05）＞Ni（7.48±0.60）＞Co（5.49±1.93）＞As（3.07±1.10）≈Cr（2.89±0.52）＞Cu（1.38±0.34）＞Cd（0.29±0.06）。
　?。?）該區(qū)域土壤中重金屬Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Zn均存在累積現(xiàn)象，煤矸石山是重金屬 P

4、b、Cu、Ni、Co、Zn累積的主要來源，主導季風在煤矸石山向外界釋放重金屬的過程中起到重要作用。該區(qū)域土壤存在中度至強度等級的Cd污染，8種重金屬的綜合生態(tài)風險處于中等水平。Cd達到土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB156-1995）Ⅲ類土壤要求，其余7種重金屬達到Ⅱ類土壤要求。
　　（3）有機質(zhì)、土壤酶與重金屬形態(tài)的關系呈現(xiàn)出多樣性。有機質(zhì)可顯著提高As和Ni、抑制Pb和Zn的生物有效性。重金屬積累可顯著抑制土壤蔗糖酶和淀粉酶活性，重金屬

5、脅迫下土壤酶表現(xiàn)出的耐受機制影響著重金屬的生物有效性。
　?。?）小麥植株對重金屬的富集存在選擇性，根部更易富集Cd和Cr，莖葉更易富集Cd和Zn，籽粒更易富集Zn和Cu，富集效果因重金屬種類、作物器官而異。植株中重金屬的含量大小存在穩(wěn)定的規(guī)律性，根部為Zn≈Cr＞Cu≈Ni＞Pb＞Co≈As＞Cd；莖葉為Zn＞Cr＞Cu≈Ni≈Pb＞As＞Cd＞Co；籽粒為Zn＞Cu＞Ni≈Pb≈Cr≈Cd≈As＞Co。植株對重金屬的富集能力也

6、存在穩(wěn)定的規(guī)律性，根部為Cd＞Cr＞Zn≈Cu≈Ni＞Pb＞Co＞As；莖葉為Cd＞Zn＞Ni＞Cu＞Pb≈Cr＞As＞Co；籽粒為Zn＞Cu＞Cd＞Pb≈Ni≈Cr＞As＞Co。
　?。?）在小麥的生長周期內(nèi)，其植株對同一重金屬的富集規(guī)律與含量的分布規(guī)律保持一致，重金屬Cd、As、Pb、Ni、Co、Cr均為根部＞莖葉＞籽粒，Cu為根部＞籽粒＞莖葉，植株內(nèi)Zn的分布較為均勻。作物器官內(nèi)重金屬的含量處于變化中，且器官中重金屬含量的時

7、間變化特征與器官對重金屬富集能力的時間變化特征相吻合。小麥拔節(jié)期根部的重金屬含量與莖葉中同一重金屬的含量呈顯著或極顯著正相關，Cd在小麥的生長周期內(nèi)均表現(xiàn)出根部與莖葉間的顯著正相關。
　?。?）玉米植株內(nèi)重金屬含量的排序為：根部Zn＞Cu＞Cr＞Ni＞Pb＞Co＞As＞Cd，秸稈Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞Pb＞Cd≈As＞Co，籽粒：Zn＞Cu＞Pb≈Ni≈Cr＞As＞Cd≈Co。玉米植株對重金屬富集能力的排序為：根部Cd＞Cu＞Z

8、n≈Ni≈Cr＞Co＞Pb＞As，秸稈Cd≈Cu＞Zn＞Ni＞Cr≈Pb＞Co≈As，籽粒Zn＞Cu＞Pb≈Ni＞Cd≈Cr＞Co≈As。玉米植株中重金屬含量的分布規(guī)律與富集規(guī)律相一致，Cd、Pb、Cu、Ni為玉米根≈玉米稈＞玉米粒；As、Cr、Co為玉米根＞玉米稈＞玉米粒；Zn為玉米?！钟衩锥挘居衩赘?。
　?。?）小麥和玉米作物相比，相同點為：小麥和玉米各部分均以Zn含量最高，Cd、As、Co的量值極低；兩者的營養(yǎng)器官對Cd、籽

9、粒對Zn和Cu均具有較高的富集能力；兩者的根部對Cu、莖葉和籽粒對Ni的富集能力均相當，含量也相當。不同點為：玉米莖葉對Cu、籽粒對Pb、Cr的富集能力強于小麥，含量也高于小麥；兩種作物莖葉對Zn的富集能力相當，但小麥莖葉Zn含量明顯高于玉米莖葉；小麥根部對Co的富集能力強于玉米根部，而小麥根部的Co含量卻比玉米根部的低；其余情況均為小麥強于玉米。
　?。?）該區(qū)域所產(chǎn)小麥籽粒整體處于安全水平。玉米籽粒的Pb含量整體高于GB276

10、2-2012限量值，但滿足NY861-2004限量要求，玉米籽粒中Cd、As、Cu、Cr、Zn的含量均處于安全水平。成人及兒童攝入該區(qū)域所產(chǎn)小麥或玉米，均不存在由Pb、Cu、Ni、Cr、Co、Zn引起的非致癌健康風險，同時對成人亦不存在由Cd、As引起的致癌健康風險；兒童攝入玉米不存在由Cd、As引起的致癌健康風險，而兒童攝入小麥引起的Cd、As潛在致癌風險高于美國環(huán)境保護署推薦的限量值。無論是攝食小麥還是玉米，所引起的潛在健康風險的程